DE641045C - Anordnung zur Gittersteuerung von Umformungseinrichtungen mit Dampf-oder Gasentladungsstrecken, insbesondere Umrichtern - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist eine Anordnung zur Gittersteuerung von wechselstromgespeisten Umformungseinrichtungen, die mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeiten und bei denen auch die Richtung des erzeugten Stromes gesteuert wird, insbesondere von Umrichtern. Gemäß dem Hauptpatent erhalten die Gitterkreise je einer Gruppe von Entladungsstrecken eine zusätzliche^ vom Augenblickswert des erzeugten Stromes abhängige Steuerspannung, die derart bemessen ist, daß bei Richtungswechsel des erzeugten Stromes die Einleitung der Entladung in der die neue Stromrichtung liefernden Gruppe von Em^ ladungsstrecken erst dann erfolgen kann, wenn der Strom in der alten Richtung¹ erloschen ist.

Dieser grundsätzliche Erfindungsgedanke ist bereits* in verschiedener Weise weitergebildet worden, wobei es sich in erster Linie darum handelt, den mannigfaltigen Notwendigkeiten des Betriebes und den Auswirkungen der betrieblichen Verhältnisse auf die stromabhängige Steuerung und ihre Arbeitsweise Rechnung zu tragen. Die stromabhängige Steuerung gelingt zwar in verhältnismäßig einfacher und sicherer Weise dann, wenn die erforderliche S teuer spannung durch zusätzliche Hilfsentladungsstrecken erzeugt wird, welche, wie anderweitig vorgeschlagen wurde, wenigstens von einem Teil des Hauptstromes der betreffenden Gruppe von Arbeitsentladungsstrecken durchflossen sind. Allerdings ist eine derartige Steuerung bei sehr hohen Spannungen ohne besondere Hilfsmittel im allgemeinen nicht ausreichend, und bei verhältnismäßig kleinen Spannungen macht sich die Verschlechterung des Wirkungsgrades bemerkbar. Bei anderen grundsätzlich für die stromabhängige Steuerung gemäß dem Hauptpatent verwendbaren und· vorgeschlagenen Schaltungen, bei denen beispielsweise ein Stromteiler oder, ein Stromtransformator vorgesehen ist, ergeben sich jedoch in gewissen Bereichen Schwierigkeiten für die wunschgemäße Durchführung der ; stromabhängigen Steuerung. Denn- für die ordnungsmäßige Durchführung der stromabhängigen Steuerung ist einerseits eine mög-

*J Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Raphael Feinberg in Paris.

liehst steil verlaufende Änderung der zusätzlichen stromabhängigen Steuerspannung g rade im Bereich des Nulldurchganges des Stromes notwendig, andererseits aber wirken die Magnetisierungsverhältnisse bestimmend· auf den Verlauf des dadurch im wesentliches* sinusförmigen Strom- bzw. Spannungsver^; lauf es.

Nachstehend sollen diese Verhältnisse, ίο deren Verbesserung das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei ist angenommen, daß die Kurve der kritischen Gitterspannung jeweils mit der Nullinie zusammenfallen möge. In Abb. 1 der Zeichnung ist schematisch ein Umrichter dargestellt, dessen Hauptgefäße in an sich anderweitig schon vorgeschlagenen Weise auf sich gegenseitig ausschließenden Steuerwegen, die durch die Steuerschalter s angedeutet sind, gesteuert werden. Außerdem wird die Steuerung der Hauptentladungsstrecken durch jeder Gruppe zugeordnete Hilfsentladungsstr.ecken 1' bzw. 1" mit ionisierbarem Medium beeinflußt, welche ihrerseits gemäß dem Hauptpatent durch einen Stromtransformator 2 gesteuert werden. In die Gitterkreise dieser Hilfsentladungsstrecken sind Widerstände 3', 3", 4' und 4" eingeschaltet. Der Stromtransformator kann nun zwar so ausgebildet werden, daß er eine an sich relativ hohe Spannungsamplitude mit verhältnismäßig steilen Flanken liefert. In diesem Falle wird man vorzugsweise in bekannter Art die vom Strom-³^ transformator 2 gelieferte Spannung in eine Rechteckspannung umbilden, da für die Steuerung die extrem hohen Gitterspannungswerte nicht benötigt werden. Diese Umbildung kann beispielsweise mittels eines spannungsabhängigen Widerstandes erfolgen (Glimmröhren), der etwa an Stelle des Widerstandes 3' bzw. 3" eingefügt wird. In keinem Falle kann aber die von dem im Stromtransformator 2 erzeugten Strom «' (vgl. Abb. 2a) gelieferte Steuerspannung etwa die ideale R.e.hteckform u',-_a bzw. u'/₀ (vgl. Abb. 2 b) aufweisen. Vielmehr wird wegen der sinusförmigen Grundform, von der auch die angenähert erzeugte Rechteckform oder -besser Trapezform ausgeht, die Kurve einen Verlauf zeigen, wie er übertrieben in Abb. 2 c mit Uf₁ bzw. U¹Z₁ dargestellt ist. Da andeierseits ein gewisser Mindestwert der erzeugten Steuerspannung notwendig ist, um die Sperrung der betreffenden Entladungsstrecken wirklich wirksam durchführen zu können, ist es mit den erhältlichen Kurvenformen zwar möglich, während des größten Teils der Arbeitsperiode der einen Gruppe von Entladungsstrecken die andere Gruppe zu sperren. Jedoch kann diese Sperrung nicht, wie es das Hauptpatent verlangt, unbedingt für volle i8o° der Periode des erzeugten Wechselstromes sichergestellt werden. Dient bei-. spielsweise ein Entladungsgefäß mit ionisier- :>%retn Medium, d. h. im wesentlichen licht-.vlip&enförmiger Entladung, als spannungs- ^araangiger Widerstand, so verläuft die Steuerspannung in der Nähe des Nulldurchganges sinusförmig. Dies ist aber gerade in diesem Bereich nicht erwünscht. Wird nun aber dieser sinusförmige Übergang beispielsweise dadurch unterdrückt (vgl. die Anordnung der Abb. 3), daß eine weitere Entladungsstrecke 5', z. B. eine Glimmröhre, in Reihe geschaltet wird, so ergibt sich der in Abb. 2 c gestrichelt dargestellte Kurvenverlauf. Die Spannung verläuft dann zwar in der Nähe des Nulldurchganges nicht mehr als Teilstück einer Sinuskurve, aber statt dessen ,80 ist die Steuerspannung in der Nähe des Nulldurchganges überhaupt gleich Null, so daß die Sperrwirkung der Steuerspannung sich über weniger als 180 elektrische Grade erstreckt.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann man nun eine derartige Rechteckspannung oder auch eine Spannung anderer Kurvenform, die gemäß dem Hauptpatent die Steuerung beeinflussen soll, in ihrem wirksamen Bereich, wo also eine Sperrung erzielt werden soll, dadurch verlängern, daß die vom Stromtransformator gelieferte Spannung zusätzlich beeinflußt, d. h. in ihrer Kurvenform umgebildet wird. Dies kann beispielsweise durch Einfügen einer zusätzlichen Steuergleichspannung an der Stellet der Anordnung gemäß Abb. 3, erreicht werden. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß eine solche in b»zug auf das Steuergitter negativ gerichtete Zusatzspannung die resultierende Steuerspannung derart in negativer Richtung verlagern kann, daß der Sperrbereich einer Kurve nach Abb. 2 c um den doppelten Betrag des Teilbereiches vergrößert werden kann, in dem die in Abb. 2 c dargestellte Rechteckspannung auf der Nullinie verläuft.

Weitere Möglichkeiten zur Durchführung des Erfindungsgedankens sollen an Hand der Abb. 4 und 5 erläutert werden. In Abb. 4 ist Aenso wie in Abb. 2 angenommen, daß die positive Halbwelle von i durch eine eingestrichene Gruppe von Entladungsstrecken, der das Hilf sen tladungsgefäß V zugeordnet ist, und die negative Halbwelle von i durch eine zwei-

estricnene, der das Hilfsentladungsgefäß /" zugeordnet ist, geliefert wird. Zur Steuerung von I" dient die Spannung U¹I₁, deren negative Halbwelle sperren soll. Ist nun eine etwaige Gittervorspannung des Gefäßes I" so ■ingestellt, daß mit Sicherheit Sperrung im Zeitpunkt i₂ vorhanden ist, so läßt sich durch

Versuche zeigen, daß tatsächlich im Zeitpunkt t_x noch keine Sperrung vorhanden ist, _ ,infolgedessen die beabsichtigte Wirkung, d. h. also Sperrung von t_t an, nicht erreicht wird. S Man kann nun aber die Steuerverhältnisse in Ausführung des Erfindungsgedankens erheblich verbessern, wenn man die Spannung u'l in der Phasenlage in Richtung einer Voreilung verschiebt, so daß sie die Lage der

ίο Spannung u'(₃ in Abb. 4b annimmt, und wenn außerdem dieser Spannung noch eine negative Vorspannung u_g überlagert wird (vgl. u'i[ Abb. 4b). Diese Vorspannung kann, wie die Abbildung zeigt, eine Gleichspannimg sein.

In Abb. 5 a und 5 b ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit beschrieben, bei der die im Gitterkreis des Hilfsentladungsgefäßes /" auftretende Steuerspannung u'l (vgl. Abb. 5 b) aus zwei Teilspannungen gebildet wird, von denen die eine, nämlich U¹I₁, an-,einem Widerstand 3" (Abb. 5 a) auftritt, die andere, nämlich u'l, an einem in Reihe zu diesem geschalteten Widerstand 6". Die Spannung «{{ wird über ein Ventil 9", z. B. einen Trockengleichrichter, dem Widerstand 6" zugeführt und einer Phasenschieberbrückenanordnung entnommen, welche aus geeignet gewählten verschiedenartigen Scheinwiderständen 7" und 8" besteht. Es wird dadurch erreicht, daß die Spannung u% gegenüber der Spannung u'l_ in der Phase verschoben ist, so daß die aus beiden Spannungen sich zusammensetzende resultierende Spannung Ui₁ in dem gewünschten negativen Bereich, wo sie sperrend wirken soll, für mindestens 180° verläuft.

Durch die beschriebenen Möglichkeiten

- läßt sich in einfacher Weise die Sperrwirkung während i8o° mit genügender Genauigkeit erreichen. Gleichzeitig hat man auch den Vorteil, daß man mit sehr geringem Aufwand den Minimalstföm klein halten kann, wobei unter Minimalstrom die Stromstärke verstanden ist, die die für die beabsichtigte Steuerwirkung erforderliche Magnetisierung gerade leistet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gittersteuerung bei Umrichtern mit Dampf- oder Gasent-Jadungsstrecken nach Patent 639147, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Kurvenform der stromabhängigen Steuerspannung derart beeinflußt wird, insbesondere im Gitterkreis selbst, daß die erforderliche Sperrwirkung für im wesentlichen i8o° des erzeugten Wechselstromes sichergestellt ist.

2. Einrichtung zuf Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge- (j₀ kennzeichnet, daß zur zusätzlichen Beeinflussung der Kurvenform eine zusätzliche Spannungsquelle vorgesehen ist, welche dem Steuerkreis der - Hilfsentladungsstrecke eine negative Vorspannung solcher Größe aufdrückt, daß der Sperrbereich der resultierenden Gitterspannung sich über mindestens i8o° erstreckt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß phasenverschiebende Elemente im Steuerkreis der Hilfsentladungsstrecke vorgesehen sind, welche eine Voreilung der vom Stromtransformator (2) gelieferten Steuerwechselspannung bewirken, und daß eine zusätzliche, in negativer Richtung wirkende Steuerspannung in den Steuerkreis eingefügt ist.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Steuerspannung der Hilfsentladungsstrecke zwei in Reihe geschalteten Widerständen entnommen wird, an deren einem die vom Strom transformator gelieferte Wechselspannung auftritt, während der andere eine in der Phase in Richtung einer Voreilung verschobene Spannung erhält, deren eine Halbwelle durch ein vorgeschaltetes Ventil, beispielsweise einen Trockengleichrichter, unterdrückt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen